C (programlama dili)

C, yapısal bir programlama dilidir. Bell Laboratuvarları'nda, Ken Thompson ve Dennis Ritchie tarafından UNIX işletim sistemini geliştirebilmek amacıyla B dilinden türetilmiştir. Geliştirilme tarihi 1972 olmasına rağmen yaygınlaşması Brian Kernighan ve Dennis M. Ritchie tarafından yayımlanan "C Programlama Dili" kitabından sonra hızlanmıştır. Günümüzde neredeyse tüm işletim sistemlerinin (Microsoft Windows, GNU/Linux, BSD, Minix) yapımında %95'lere varan oranda kullanılmış, hâlen daha sistem, sürücü yazılımı, işletim sistemi modülleri ve hız gereken her yerde kullanılan oldukça yaygın ve sınırları belirsiz oldukça keskin bir dildir. Keskinliği, programcıya sonsuz özgürlüğün yanında çok büyük hatalar yapabilme olanağı sağlamasıdır. Programlamanın gelişim süreciyle beraber programlamanın karmaşıklaşması, gereksinimlerin artması ile uygulama programlarında nesne yönelimliliğin ortaya çıkmasından sonra C programcıları büyük ölçüde nesne yönelimliliği destekleyen C++ diline geçmişlerdir.

C Dilinin geçmişi
C Dilinin erken tarihi
C'nin ilk gelişme safhaları 1969 ile 1974 arasında AT&T Bell Laboratuvarları'nda gerçekleşti. Ritchie'ye göre, en yaratıcı devre 1972 idi. Dilin pek çok özelliği "B" adlı bir dilden türediği için, yeni dile "C" adı verildi. B dili yorumlanan bir dildi ve veri tipi desteği yoktu. Yeni donanımların farklı veri tiplerini desteklemesi ve yorumlanan dillerin çalışma zamanında görece yavaş olması sebebi ile C dili tip desteği eklenmiş ve derlenen B olarak geliştirildi.

"B" adının kökeni konusunda ise söylentiler değişik: Ken Thompson B'nin BCPL programlama dilinden türediğini söylemektedir ancak Thompson eşi Bonnie'nin onuruna adını Bon koyduğu bir programlama dili de geliştirmiştir.

1973'e kadar C yeterince güçlü bir hale gelmiş ve ilk başta PDP-11/20 assembly dili ile yazılan UNIX'in çekirdeğinin büyük kısmı C ile yeniden yazılmıştır. Böylece UNIX, çekirdeği bir assembly dili ile yazılmayan ilk işletim sistemlerinden biri olmuştur.

C dilinin geçmişi
1978'de Ritchie ve Brian Kernighan The C Programming Language (C Programlama Dili) kitabının ilk baskısını yayımladılar.

"Merhaba, dünya" örneği
Merhaba, dünya örneği ilk olarak The C Programming Language kitabının birinci baskısında kullanıldı ve birçok programlama kitabında kullanılan tanıtıcı örnek haline geldi. Bu örnek terminal ekranına "merhaba, dünya" yazar.

Kitaptaki kodun orijinal hali:

include

main()
{
printf("merhaba, dünya\n");
}

Standart olarak onaylanan "merhaba, dünya" versiyonu:

include

int main()
{
printf("merhaba, dünya");

return 0;
}

1. satır: Bir önişlemci komutudur ve program derlenmeden önce devreye girerek istenilen değişiklikleri kaynak dosya üzerinde gerçekleştirir. Bu programda standart giriş-çıkış fonksiyonlarının prototiplerini içeren stdio.h (standart input-output) başlık dosyasını programa dahil eder. Bu programdaki komutun amacı printf fonksiyonunu programa dahil etmektir.

2. satır: Boş bir satır olduğundan derleyici tarafından önemsenmez.

3. satır: main fonksiyonununun tanımını içerir. main fonksiyonun C dilinde özel bir amacı vardır. Programın çalışma zamanında başladığı yer main fonksiyonudur. main ne yaparsa, program da onu yapar.

4. satır: main fonksiyonunun başladığı yeri belirtir.

5. satır: Bu satırda "merhaba, dünya" yazısını (karakter dizisini) konsola yazdırmak için printf fonksiyonunu çağırır ki bu fonksiyonu 1. satırdaki stdio.h başlık dosyası ile programa dahil edilmişti.

7. satır: return kodu main fonksiyonunu 0 geri dönüş değeriyle sonlandırır.

8. satır: main fonksiyonunun bittiği yeri belirtir.

Hafıza yönetimi
Bir programlama dilinin en önemli işlevlerinden biri, belleği ve bellekte depolanan nesneleri yönetmek için olanaklar sağlamaktır. C, nesneler için bellek ayırmanın üç temel yolunu sunar:

Statik bellek tahsisi: nesne için alan, derleme zamanında ikili dosyada sağlanır; bu nesnelerin, onları içeren ikili belleğe yüklendiği sürece bir kapsamı(extent) (veya ömrü "lifetime") vardır.
Otomatik bellek tahsisi: geçici nesneler yığında(stack) saklanabilir ve bu alan otomatik olarak serbest bırakılır ve bildirildikleri bloktan çıkıldıktan sonra yeniden kullanılabilir.
Dinamik bellek ayırma: çalışma zamanında, yığın adı verilen bir bellek bölgesinden mallocgibi kitaplık işlevleri kullanılarak isteğe bağlı boyutta bellek blokları istenebilir; bu bloklar, kütüphane işlevi realloc veya free çağrılarak yeniden kullanım için serbest bırakılıncaya kadar devam eder.

Bu üç yaklaşım, farklı durumlarda uygundur ve çeşitli ödünleşimlere sahiptir. Örneğin, statik bellek tahsisi (allocation), çok az tahsis ek yüküne sahiptir. Otomatik tahsis biraz daha fazla ek yük içerebilir ve dinamik bellek ayırma (tahsisi), hem allocation hem de deallocation için potansiyel olarak büyük bir ek yüke sahip olabilir. Statik nesnelerin kalıcı doğası, işlev (fonksiyon) çağrıları arasında durum bilgilerini korumak için kullanışlıdır. Otomatik ayırmanın kullanımı kolaydır, ancak yığın alanı genellikle statik bellek veya yığın alanından çok daha sınırlı ve geçicidir ve dinamik bellek tahsisi, boyutu yalnızca çalışma zamanında bilinen nesnelerin uygun şekilde tahsis edilmesini sağlar. Çoğu C programı, üçünü de kapsamlı bir şekilde kullanır.

Mümkün olduğunda, otomatik veya statik ayırma genellikle en basitidir, çünkü depolama derleyici tarafından yönetilir ve programcıyı potansiyel olarak hataya açık depolamayı manuel olarak tahsis etme ve serbest bırakma görevinden kurtarır. Ancak, birçok veri yapısının boyutu çalışma zamanında değişebilir ve statik ayırmaların (ve C99'dan önceki otomatik ayırmaların) derleme zamanında sabit bir boyutu olması gerektiğinden, dinamik ayırmanın gerekli olduğu birçok durum vardır.

Diziler için sınır denetimi, arabellek taşmasını algılama, serileştirme, dinamik bellek izleme ve otomatik çöp toplama gibi C'nin standart bir parçası olmayan eylemleri gerçekleştirmek için derleyiciler, kitaplıklar ve işletim sistemi düzeyinde mekanizmalar da vardır.

Purify veya Valgrind gibi araçlar ve bellek ayırma işlevlerinin özel sürümlerini içeren kitaplıklarla bağlantı kurma, bellek kullanımındaki çalışma zamanı hatalarını ortaya çıkarmaya yardımcı olabilir.

Kullanım
Sistem programlamasında kullanım gerekçesi
C, işletim sistemlerinin ve gömülü sistem uygulamalarının uygulanmasında sistem programlaması için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu birkaç nedenden dolayıdır:

Derlemeden sonra oluşturulan kod, pek çok sistem özelliği gerektirmez ve bazı önyükleme kodlarından basit bir şekilde çağrılabilir - yürütmesi kolaydır.
C dili deyimleri ve ifadeleri, tipik olarak, hedef işlemci için talimat dizileriyle iyi bir şekilde eşleşir ve sonuç olarak, sistem kaynaklarında düşük bir çalışma zamanı talebi vardır - yürütülmesi hızlıdır.
Zengin operatör seti ile C dili, hedef CPU'ların birçok özelliğini kullanabilir. Belirli bir CPU'nun daha ezoterik talimatlara sahip olduğu durumlarda, bu talimatlardan yararlanmak için belki de içsel işlevlerle bir dil varyantı oluşturulabilir - pratik olarak tüm hedef CPU özelliklerini kullanabilir.
Dil, yapıların ikili veri blokları üzerine bindirilmesini kolaylaştırarak verilerin anlaşılmasına, gezinmesine ve değiştirilmesine olanak tanır - veri yapıları, hatta dosya sistemleri yazabilir.
Dil, tam sayı aritmetiği ve mantığı ve belki de farklı boyutlardaki kayan nokta sayıları için bit işleme dahil olmak üzere zengin bir operatör grubunu destekler - uygun şekilde yapılandırılmış verileri etkili bir şekilde işleyebilir.
C oldukça küçük bir dildir, yalnızca bir avuç ifade içerir ve kapsamlı hedef kod oluşturan çok fazla özelliği yoktur - anlaşılırdır.
C, ara sıra dünyayı durduran çöp toplama olayları için herhangi bir endişe duymadan, bellek işleme operasyonlarına makul verimlilik ve öngörülebilir zamanlama sağlayan bellek allocation ve deallocation üzerinde doğrudan kontrole sahiptir - öngörülebilir bir performansa sahiptir.
Platform donanımına işaretçiler ve type punning ile erişilebilir, böylece sisteme özgü özellikler (örn. Kontrol/Durum Kayıtları, G/Ç kayıtları) (e.g. Control/Status Registers, I/O registers) C ile yazılmış kodla yapılandırılabilir ve kullanılabilir – üzerinde çalıştığı platformla iyi etkileşime girer.
Bağlayıcıya ve ortama bağlı olarak, C kodu, Assembly dilinde yazılmış kitaplıkları da çağırabilir ve Assembly dilinden çağrılabilir - diğer alt düzey kodlarla iyi bir şekilde birlikte çalışır.
C ve onun arama kuralları ve bağlayıcı yapıları, hem C'ye hem de C'den yapılan aramalarla birlikte diğer yüksek seviyeli dillerle birlikte yaygın olarak kullanılır - diğer yüksek seviyeli kodlarla iyi bir şekilde birlikte çalışır.
C, kütüphaneler, çerçeveler, açık kaynak derleyiciler, hata ayıklayıcılar ve yardımcı programlar dahil olmak üzere çok ergin ve geniş bir ekosisteme sahiptir ve fiili standarttır. Sürücülerin C'de zaten mevcut olması veya bir C derleyicisinin arka ucuna(back-end) benzer bir CPU mimarisi olması muhtemeldir, bu nedenle başka bir dil seçmek için azaltılmış teşvik vardır.

Bir kez web geliştirme için kullanıldı
Tarihsel olarak, C bazen web uygulaması, sunucu ve tarayıcı arasında bilgi için bir "ağ geçidi" olarak Ortak Ağ Geçidi Arayüzü(Common Gateway Interface) (CGI) kullanılarak web geliştirme için kullanılmıştır. C, hızı, kararlılığı ve neredeyse evrensel kullanılabilirliği nedeniyle yorumlanan (interpreted) diller yerine seçilmiş olabilir. Web geliştirmenin C'de yapılması artık yaygın bir uygulama değildir ve diğer birçok web geliştirme aracı mevcuttur.

Diğer bazı dillerin kendileri C ile yazılmıştır
C'nin geniş kullanılabilirliğinin ve verimliliğinin bir sonucu, diğer programlama dillerinin derleyicileri, kitaplıkları ve yorumlayıcılarının genellikle C'de uygulanmasıdır. Örneğin Python, Perl, Ruby, ve PHP referans uygulamaları C ile yazılmıştır.

Hesaplama açısından yoğun kitaplıklar için kullanılır
C, programcıların algoritmaların ve veri yapılarının verimli uygulamalarını oluşturmalarını sağlar, çünkü donanımdan soyutlama katmanı incedir ve ek yükü düşüktür, bu da hesaplama açısından yoğun programlar için önemli bir kriterdir. Örneğin, GNU Çoklu Hassas Aritmetik Kitaplığı, GNU Bilimsel Kitaplığı, Mathematica ve MATLAB tamamen veya kısmen C dilinde yazılmıştır. Birçok dil, C'de kitaplık işlevlerini çağırmayı destekler. Örneğin, Python tabanlı framework NumPy, yüksek performans ve donanım etkileşimi yönleri için C'yi kullanır.

Ara dil olarak C
C bazen diğer dillerin uygulamaları tarafından bir ara dil olarak kullanılır. Bu yaklaşım taşınabilirlik veya kolaylık için kullanılabilir; C'yi bir ara dil olarak kullanarak, makineye özel ek kod oluşturucular gerekli değildir. C, oluşturulan kodun derlenmesini destekleyen, satır numarası önişlemci yönergeleri ve başlatıcı listelerinin sonunda isteğe bağlı gereksiz virgüller gibi bazı özelliklere sahiptir. Bununla birlikte, C'nin bazı eksiklikleri, C-- gibi ara diller olarak kullanılmak üzere özel olarak tasarlanmış diğer C-tabanlı dillerin geliştirilmesine yol açmıştır. Ayrıca, çağdaş büyük derleyiciler GCC ve LLVM'nin her ikisi de C olmayan bir ara temsile sahiptir ve bu derleyiciler, C dahil birçok dil için ön uçları (front ends) destekler.

Son kullanıcı uygulamaları
C ayrıca son kullanıcı uygulamalarını uygulamak için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, bu tür uygulamalar daha yeni, daha yüksek seviyeli dillerde de yazılabilir.

Sınırlamalar
C popüler, etkili ve son derece başarılı olmasına rağmen, aşağıdakiler de dahil olmak üzere dezavantajları vardır:

malloc ve free ile standart dinamik bellek işleme hataya açıktır. Hatalar şunları içerir: Bellek ayrıldığında ancak serbest bırakılmadığında bellek sızdırıyor; ve önceden boşaltılan belleğe erişim.
İşaretçilerin kullanımı ve belleğin doğrudan manipülasyonu, belki de programcı hatası veya yetersiz veri denetimi nedeniyle belleğin bozulmasının mümkün olduğu anlamına gelir.
Bazı tip kontrolü vardır, ancak değişken fonksiyonlar gibi alanlar için geçerli değildir ve tip kontrolü önemsiz veya yanlışlıkla atlanabilir.
Yüksek seviyeli programlama dillerinde yaygın olarak bulunan string değişken tipi C'de bulunmadığı için bunun yerine char ile belirli bir uzunlukta karakter dizisi array şeklinde hafızada tutulur. Mesela char a[]="Merhaba"; şeklinde bir karakter dizisi tanımlanabilir. Fakat daha sonra bu değişkene a[]="Nasılsın?"; şeklinde direkt olarak yeni bir değer atanamaz. Bunun yerine strcpy fonksiyonu kullanılabilir. Bu da diğer programlama dillerine nazaran C'nin zorluklarından biridir.
Derleyici tarafından üretilen kodun kendisi birkaç kontrol içerdiğinden, programcının tüm olası sonuçları göz önünde bulundurması ve arabellek taşmalarına, dizi sınırları denetimine, yığın taşmalarına, bellek tükenmesine, tür koşullarına, dizi yalıtımına vb. karşı koruma yükü vardır.
İşaretçilerin kullanımı ve bu araçların çalışma zamanı manipülasyonu, derleme zamanında belirlenemeyen aynı verilere (aliasing) erişmenin iki yolu olabilir. Bu, diğer dillerde mevcut olabilecek bazı optimizasyonların C'de mümkün olmadığı anlamına gelir. FORTRAN daha hızlı kabul edilir.
Standart kitaplık işlevlerinden bazıları, örn. scanf, arabellek taşmalarına neden olabilir.
Oluşturulan kodda düşük seviyeli değişkenler için sınırlı standartlaştırma desteği vardır, örneğin: farklı işlev çağırma kuralları ve ABI; farklı yapı paketleme kuralları; daha büyük tam sayılar içinde farklı bayt sıralaması (endianness dahil). Pek çok dil uygulamasında, bu seçeneklerden bazıları önişlemci yönergesi#pragma aile, bazıları ise ek anahtar sözcüklerle ör. __cdeclçağrı kuralını kullanın. Ancak yönerge ve seçenekler tutarlı bir şekilde desteklenmemektedir.
Standart kitaplığı kullanarak dize işleme, kod açısından yoğundur ve açık bellek yönetimi gerekir.
Dil, nesne yönelimini, introspection, çalışma zamanı ifadesi değerlendirmesini, jenerikleri vb. doğrudan desteklemez.
Dil özelliklerinin uygunsuz kullanımına karşı sürdürülemez kodlara yol açabilecek birkaç koruma vardır. Zor kod için bu tesis, ve . gibi yarışmalarla kutlandı.
C, istisna işleme için standart destekten yoksundur ve yalnızca hata denetimi için dönüş kodları sunar. standart kitaplık işlevleri [53]'te makrolar aracılığıyla bir try-catch mekanizmasını uygulamak için kullanılmıştır.
Bazı amaçlar için, kısıtlı C stilleri benimsenmiştir. Örneğin. MISRA C veya CERT C, hata olasılığını azaltmak amacıyla. CWE gibi veritabanları, C vb.'nin güvenlik açıklarına sahip olma yollarını ve azaltma önerilerini saymaya çalışır.
Bazı dezavantajlara karşı hafifletebilecek araçlar var. Çağdaş C derleyicileri, birçok olası hatayı belirlemeye yardımcı olmak için uyarılar oluşturabilen kontroller içerir.
Bu dezavantajlardan bazıları, diğer dillerin oluşturulmasına yol açmıştır.

İlgili diller
C, C++, C#, D, Go, Java, JavaScript, Perl, PHP, Rust ve Unix'in C kabuğu gibi sonraki birçok dili hem doğrudan hem de dolaylı olarak etkilemiştir. En yaygın etki sözdizimsel olmuştur; bahsedilen dillerin tümü, C'nin deyim (statement) ve (az ya da çok tanınabilir şekilde) ifade (expression) sözdizimini, C'den bazen kökten farklı olan tür sistemleri, veri modelleri ve/veya büyük ölçekli program yapıları ile birleştirir.

Komut dosyası oluşturmak için de kullanılabilen Ch ve CINT dahil olmak üzere birkaç C veya C'ye yakın yorumlayıcı mevcuttur.

Nesne yönelimli programlama dilleri popüler hale geldiğinde, C++ ve Objective-C, C'nin nesne yönelimli yetenekler sağlayan iki farklı uzantısıydı. Her iki dil de başlangıçta kaynaktan kaynağa (source to source) derleyiciler olarak uygulandı; kaynak kodu C'ye çevrildi ve ardından bir C derleyicisi ile derlendi.

C++ programlama dili (başlangıçta "C with Classes" olarak adlandırıldı) Bjarne Stroustrup tarafından C benzeri bir sözdizimi ile nesne yönelimli işlevsellik sağlamaya yönelik bir yaklaşım olarak geliştirilmiştir. C++, daha fazla yazma gücü, kapsam belirleme (generic programming) ve nesne yönelimli programlamada yararlı olan diğer araçları ekler ve şablonlar aracılığıyla genel programlamaya izin verir. Neredeyse C'nin bir üst kümesi olan C++ şimdi, birkaç istisna dışında C'nin çoğunu destekliyor.

Objective-C, başlangıçta C'nin üzerinde çok "ince" bir katmandı ve hibrit bir dinamik/statik yazım paradigması kullanarak nesne yönelimli programlamaya izin veren katı bir C üst kümesi olmaya devam ediyor. Objective-C sözdizimini hem C'den hem de Smalltalk'tan alır: ön işleme, ifadeler, işlev bildirimleri ve işlev çağrılarını içeren sözdizimi C'den miras alınırken, nesne yönelimli özelliklerin sözdizimi orijinal olarak Smalltalk'tan alınmıştır.

C++ ve Objective-C'ye ek olarak, Ch, Cilk ve Unified Parallel C, C'nin neredeyse üst kümeleridir.

Kaynakça
Dış bağlantılar
ISO C Working Group resmî web sitesi
comp.lang.c Sıkça Sorulan Sorular
ISO/IEC 9899 resmî C99 belgeleri sasa
Coding Programmer Page / C Library Reference and Examples (english)
Happy Codings Programming Code Examples